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【摘 要】 本文分析了小电阻接地方式的优、缺点，论述了几种常见的小电阻接地方式和集电线路主要电气设备的保护配置方案及整定原则，就工程应用中常见的问题提出了相应对策，并对下一步研究方向进行了展望。随着近年来风电的迅速发展，根据现行的风电设计规范和相关的技术标准，从风电场设计原则、电气主接线、集电线路、主要设备选型、防雷系统、电气二次、升压站通信系统7方面综述了风电场电气设计中的一些要点，对提高风电场电气设计水平，加快风电场设计速度，提高工程建设和管理的效率有着重要意义。
【关键词】 风电场；电气设计
一、风电场集电线路设计要点
对于集电线路的电压选择应根据风电场规模及接入条件等要素因地制宜确定。集电线路优先考虑采用35kV电压等级。风机容量小、塔位距升压站较近或地方用电负荷较大应采用分布式接入系统，集电线路可采用10kV电压等级。风电场集电线路一般情况下优先采用架空线路，当受地形地物等约束条件限制时，如林区、鱼池、公路、其他电力线路等，宜采用电缆线路。
二、箱变的选型
一般情况下，机组容量1500kW及以下容量时，风力发电机组都是按单元接线配置美式箱变，机组容量1500kW以上时，配置多为欧式箱变。通常情况下变压器选择节能型（S11型）产品。按机组功率因数cosф=0.95（滞后）运行时的发出容量配置箱变，分接头在高压绕组上，采用无励磁调压方式。通常采用Ue±2×2.5%。选择变压器短路阻抗时，尽可能选用变压器的标准阻抗值。
三、风电场雷电侵入波过电压保护
对于雷电侵入波，风力发电机组、箱式变压器、线路和线路终端所连接的高压开关柜均应采用参数合适的氧化锌避雷器作为保护装置。
四、风电场电气二次设计要点
引言随着风电建设规模逐年快速扩大，全国已出现多起因电气设备故障造成风电机组大面积脱网的事故。据统计，由于电缆头故障造成风电场汇集线跳闸的概率已经达到总故障的60%，成为最近几次风电大规模脱网的主要诱因，单相故障不能快速切除是导致故障恶化的主要因素之一。目前集电线路接地方式主要有经电阻和消弧线圈2种类型。消弧线圈接地系统选线原理复杂，大多产品的动作成功率参差不齐，尚需改进。为了实现风电场集电线路单相故障的快速切除，保证零序电流保护的灵敏度，主变压器低压系统通常采用小电阻接地方式，然而其在运行过程中暴露出的问题也亟待解决。
五、风电场集电线路小电阻接地系统特点
低电阻接地方式是为了获得较大的故障电流，而降阻性电流叠加在故障点上（即在中性点与大地之间串联接入一定阻值的电阻）。在中性点接入一电阻器后，泄放燃弧后的能量，中性點电位降低，故障相的恢复电压上升速度也减慢，从而减少电弧重燃的可能性。
六、故障时小电阻接地系统运行特点
在中性点经小电阻接地系统中，当电网发生单相接地故障时，由于人为增加了一个与电网接地电容电流相位相差90°的有功电流，流过故障点的接地电流就等于电容电流和有功电流的向量和。
七、小电阻接地系统的优点
小电阻能吸收大量故障时产生的弧光能量，限制健全相的过电压倍数，同时由于电阻的阻尼作用，基本上可消除系统的各种谐振过电压。合理选择接地电阻数值，在发生单相接地故障时，能有较大电流流过故障线路，提高了零序电流保护的灵敏度，可迅速切除故障线路，保证人身和设备安全。降低操作过电压使小电阻接地系统在发生单相接地故障时可迅速切除故障线路。若故障线路是电缆线路，一般接地故障为永久性故障，不会重合闸；若故障线路是架空线路，发生瞬时故障的可能性大，重合一次也不会引起操作过电压。
八、小电阻接地系统的缺点
由于故障电流高达数百甚至上千安培，当零序保护拒动时易扩大事故范围，酿成火灾。电阻器热容量大、投资高，且事故会引起地电位升高，造成严重损失。当发生单相接地故障时（无论是永久性的还是非永久性的），均会大大增加线路跳闸的次数，严重影响了用户的正常用电，使供电可靠性下降。
九、常见小电阻接地方式
由于风电机组的原动力是流经风机叶片的风能，而风速和风向具有随机变动的自然特性，因此风电机组属于不能进行任意调整出力的电源装置。风电场一般采用单台机组依次并网接入系统，整体上可以视作电网的一个负的负荷。风电场主变压器低压集电网采用小电阻接地方式，一旦发生单相接地故障，可通过零序保护可靠切除故障线路，防止故障影响系统稳定运行。
十、工程应用常见问题及对策
风电场集电线路小电阻接地方式已在多个风电项目中实施，从已参与调试和投运的电厂情况来看，小电阻接地方式总体较好，但也暴露一些问题，主要有以下几个方面。
1、风电场集电线路采用小电阻接地系统，由于经济原因或安装位置限制，许多升压站采用站变压器与接地变压器合二为一的方案。此时在整定站变压器保护时必须考虑定值、时间与出线零序定值的配合。速断保护定值应大于接地变压器的零序电流保护值，时间取0s不变；过流保护定值应大于站变压器的额定电流值，时间大于接地变压器零序电流保护的动作时间。这样既可以保证站变压器在发生较严重的故障时保护快速动作，又可以避免单相接地故障时速断保护及过流保护的误动。
2、集电线路的电缆屏蔽层接地线正确敷设方法为当屏蔽层接地线接地点在零序电流互感器（CT）上方时，屏蔽层接地线必须由上向下穿过零序CT；当屏蔽层接地线的接地点在零序CT下方时，电缆屏蔽层接地线不能穿过零序CT，否则会引起非故障线路零序保护误动。
3、主变压器差动保护装置的启动定值应按大于正常变压器额定负载的最大不平衡电流以及单相接地故障时的最大零序电流来整定，这样就可以防止变压器区外发生单相接地故障时主变压器差动保护误动。
4、发生单相、瞬时故障时，小电阻接地方式下的保护动作跳闸，然后重合成功。零序保护的整定时间应大于因雷电等原因造成的瞬时故障时间，同时应遵守《风电场接入电网技术规定》，按照要求整定风电机组低电压保护定值及低电压穿越的能力，避免风电机组因集电线路瞬间故障而大面积。
5、过电流保护整定时，既要保证保护的灵敏度，又要保证电流大于非本线路故障时，本线路流过的最大电容电流。考虑到由于故障点的不同，单相接地故障电流变化较大，保护的灵敏度降低，所以在整定计算时应确保保护选择性的同时提高其灵敏度。
十一、核查前准备工作
建议企业在核查前由生产副厂长或总工程师牵头，成立专门的自查领导小组和工作小组，工作小组可分为管理组、设备组、热控、CEMS组及资料组等，对环保设施及台账进行全面检查，发现问题及时整改，为环保部的核查做好充分准备。
十二、结束语
本文根据风电场集电线路的特点提出了4种小电阻接地系统的接线方式，并详细说明了相应的继电保护方案，同时对工程中继电保护整定及安装工程中出现的常见问题进行了归纳总结，对风电场规范建设和顺利投产具有十分现实的指导意义。不可否认的是，小电阻接地系统在单相接地短路故障时，保护动作不区分故障类型，对风力发电企业的经济运行产生严重影响。如果自动消弧线圈在满足可靠快速切除单相接地故障方面能有市场成熟产品的支撑，谐振接地系统将是集电线路接地方式的最佳选择，这也是下一步风电场集电线路接地方式的研究方向。
参考文献：
[1]李楠，楚峥.浅谈高海拔风电场双馈风电机组变流器设计要点[J].装备机械，2014，（3）.
[2]要章勇，魏媛.浅谈风电场接入系统设计优化[J].中国电子商务，2013，（15）.
[3]吕寿鹏.风电场接入系统设计优化[J].中国信息化，2013，（4）.
【关键词】 风电场；电气设计
一、风电场集电线路设计要点
对于集电线路的电压选择应根据风电场规模及接入条件等要素因地制宜确定。集电线路优先考虑采用35kV电压等级。风机容量小、塔位距升压站较近或地方用电负荷较大应采用分布式接入系统，集电线路可采用10kV电压等级。风电场集电线路一般情况下优先采用架空线路，当受地形地物等约束条件限制时，如林区、鱼池、公路、其他电力线路等，宜采用电缆线路。
二、箱变的选型
一般情况下，机组容量1500kW及以下容量时，风力发电机组都是按单元接线配置美式箱变，机组容量1500kW以上时，配置多为欧式箱变。通常情况下变压器选择节能型（S11型）产品。按机组功率因数cosф=0.95（滞后）运行时的发出容量配置箱变，分接头在高压绕组上，采用无励磁调压方式。通常采用Ue±2×2.5%。选择变压器短路阻抗时，尽可能选用变压器的标准阻抗值。
三、风电场雷电侵入波过电压保护
对于雷电侵入波，风力发电机组、箱式变压器、线路和线路终端所连接的高压开关柜均应采用参数合适的氧化锌避雷器作为保护装置。
四、风电场电气二次设计要点
引言随着风电建设规模逐年快速扩大，全国已出现多起因电气设备故障造成风电机组大面积脱网的事故。据统计，由于电缆头故障造成风电场汇集线跳闸的概率已经达到总故障的60%，成为最近几次风电大规模脱网的主要诱因，单相故障不能快速切除是导致故障恶化的主要因素之一。目前集电线路接地方式主要有经电阻和消弧线圈2种类型。消弧线圈接地系统选线原理复杂，大多产品的动作成功率参差不齐，尚需改进。为了实现风电场集电线路单相故障的快速切除，保证零序电流保护的灵敏度，主变压器低压系统通常采用小电阻接地方式，然而其在运行过程中暴露出的问题也亟待解决。
五、风电场集电线路小电阻接地系统特点
低电阻接地方式是为了获得较大的故障电流，而降阻性电流叠加在故障点上（即在中性点与大地之间串联接入一定阻值的电阻）。在中性点接入一电阻器后，泄放燃弧后的能量，中性點电位降低，故障相的恢复电压上升速度也减慢，从而减少电弧重燃的可能性。
六、故障时小电阻接地系统运行特点
在中性点经小电阻接地系统中，当电网发生单相接地故障时，由于人为增加了一个与电网接地电容电流相位相差90°的有功电流，流过故障点的接地电流就等于电容电流和有功电流的向量和。
七、小电阻接地系统的优点
小电阻能吸收大量故障时产生的弧光能量，限制健全相的过电压倍数，同时由于电阻的阻尼作用，基本上可消除系统的各种谐振过电压。合理选择接地电阻数值，在发生单相接地故障时，能有较大电流流过故障线路，提高了零序电流保护的灵敏度，可迅速切除故障线路，保证人身和设备安全。降低操作过电压使小电阻接地系统在发生单相接地故障时可迅速切除故障线路。若故障线路是电缆线路，一般接地故障为永久性故障，不会重合闸；若故障线路是架空线路，发生瞬时故障的可能性大，重合一次也不会引起操作过电压。
八、小电阻接地系统的缺点
由于故障电流高达数百甚至上千安培，当零序保护拒动时易扩大事故范围，酿成火灾。电阻器热容量大、投资高，且事故会引起地电位升高，造成严重损失。当发生单相接地故障时（无论是永久性的还是非永久性的），均会大大增加线路跳闸的次数，严重影响了用户的正常用电，使供电可靠性下降。
九、常见小电阻接地方式
由于风电机组的原动力是流经风机叶片的风能，而风速和风向具有随机变动的自然特性，因此风电机组属于不能进行任意调整出力的电源装置。风电场一般采用单台机组依次并网接入系统，整体上可以视作电网的一个负的负荷。风电场主变压器低压集电网采用小电阻接地方式，一旦发生单相接地故障，可通过零序保护可靠切除故障线路，防止故障影响系统稳定运行。
十、工程应用常见问题及对策
风电场集电线路小电阻接地方式已在多个风电项目中实施，从已参与调试和投运的电厂情况来看，小电阻接地方式总体较好，但也暴露一些问题，主要有以下几个方面。
1、风电场集电线路采用小电阻接地系统，由于经济原因或安装位置限制，许多升压站采用站变压器与接地变压器合二为一的方案。此时在整定站变压器保护时必须考虑定值、时间与出线零序定值的配合。速断保护定值应大于接地变压器的零序电流保护值，时间取0s不变；过流保护定值应大于站变压器的额定电流值，时间大于接地变压器零序电流保护的动作时间。这样既可以保证站变压器在发生较严重的故障时保护快速动作，又可以避免单相接地故障时速断保护及过流保护的误动。
2、集电线路的电缆屏蔽层接地线正确敷设方法为当屏蔽层接地线接地点在零序电流互感器（CT）上方时，屏蔽层接地线必须由上向下穿过零序CT；当屏蔽层接地线的接地点在零序CT下方时，电缆屏蔽层接地线不能穿过零序CT，否则会引起非故障线路零序保护误动。
3、主变压器差动保护装置的启动定值应按大于正常变压器额定负载的最大不平衡电流以及单相接地故障时的最大零序电流来整定，这样就可以防止变压器区外发生单相接地故障时主变压器差动保护误动。
4、发生单相、瞬时故障时，小电阻接地方式下的保护动作跳闸，然后重合成功。零序保护的整定时间应大于因雷电等原因造成的瞬时故障时间，同时应遵守《风电场接入电网技术规定》，按照要求整定风电机组低电压保护定值及低电压穿越的能力，避免风电机组因集电线路瞬间故障而大面积。
5、过电流保护整定时，既要保证保护的灵敏度，又要保证电流大于非本线路故障时，本线路流过的最大电容电流。考虑到由于故障点的不同，单相接地故障电流变化较大，保护的灵敏度降低，所以在整定计算时应确保保护选择性的同时提高其灵敏度。
十一、核查前准备工作
建议企业在核查前由生产副厂长或总工程师牵头，成立专门的自查领导小组和工作小组，工作小组可分为管理组、设备组、热控、CEMS组及资料组等，对环保设施及台账进行全面检查，发现问题及时整改，为环保部的核查做好充分准备。
十二、结束语
本文根据风电场集电线路的特点提出了4种小电阻接地系统的接线方式，并详细说明了相应的继电保护方案，同时对工程中继电保护整定及安装工程中出现的常见问题进行了归纳总结，对风电场规范建设和顺利投产具有十分现实的指导意义。不可否认的是，小电阻接地系统在单相接地短路故障时，保护动作不区分故障类型，对风力发电企业的经济运行产生严重影响。如果自动消弧线圈在满足可靠快速切除单相接地故障方面能有市场成熟产品的支撑，谐振接地系统将是集电线路接地方式的最佳选择，这也是下一步风电场集电线路接地方式的研究方向。
参考文献：
[1]李楠，楚峥.浅谈高海拔风电场双馈风电机组变流器设计要点[J].装备机械，2014，（3）.
[2]要章勇，魏媛.浅谈风电场接入系统设计优化[J].中国电子商务，2013，（15）.
[3]吕寿鹏.风电场接入系统设计优化[J].中国信息化，2013，（4）.